Преобразователь частоты Советский патент 1992 года по МПК H02M5/45 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания для электротехнологических установок повышенной частоты.

Известен преобразователь частоты, содержащий трехфазный выпрямитель и однофазный инвертор на тиристорах, подключенный к выходу выпрямителя через дроссели фильтра, с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, подключенным параллельно выходным выводам, и зашунтированный коммутатором.

Недостатком преобразователя частоты является высокая установленная мощность элементов, что объясняется высоким уровнем напряжения на тиристорах инвертора и большими коммутационными потерями в них.

Известен преобразователь частоты, содержащий источник постоянного тока и однофазный инвертор на тиристорах, подключенный к выходу источника через дроссель фильтра, с коммутирующим конде- сатором в диагонали переменного тока, подключенным последовательно с коммутирующим дросселем и выходными выводами, диоды, шунтирующие тиристоры инвертора, компенсирующий конденсатор, подключенный параллельно выходным выводам.

Недостатком преобразователя частоты является высокая установленная мощность элементов, что объясняется высоким уровнем напряжений на тиристорах-и диодах инвертора, увеличением амплитуды тока и потерь в элементах при изменении сопротивления нагрузки, включением в схему по- следовател ьного коммутирующего конденсатора,

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь частоты, содержащий трехфазный выпрямитель и однофазный инвертор на тиристорах, подключенный к выходу выпрямителя через дроссели фильтра, с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, подключенным параллельно выходным выводам.

Недостатком известного преобразователя является высокая установленная мощность элементов, что объясняется высоким уровнем напряжения на тиристорах инвертора и большими коммутационными потерями в них.

Цель изобретения - снижние установленной мощности элементов.

Указанная цель достигается тем, что преобразователь частоты, содержащий трехфазный выпрямитель и однофазный инвертор на тиристорах, подключенный к выходу выпрямителя через дроссель фильтра, с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, подключенным параллельно выходным выводам, снабжен

двумя транзисторами, встречными диодами, шунтирующими тиристоры инвертора, и последовательной цепью из датчика тока встречного диода, блока сравнения и блока управления транзисторами, а также источ0 ником задания напряжения уставки, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, причем выпрямитель выполнен на диодах, катод диода одной стойки моста выпрямителя подключен к дросселю фильт5 ра и к катодной группе двух других плеч через первый транзистор, а анод второго диода стойки к катодной группе моста инвертора и через второй транзистор - к анод- ной группе плеч моста выпрямителя,

0 последовательно с коммутирующим конденсатором включен введенный коммутирующий дроссель.

На чертеже приведена схема преобразователя частоты.

5Преобразователь частоты содержит

трехфазный выпрямитель и однофазный инвертор на четырех тиристорах 1-4, зашунти- рованных встречными диодами 5-8, с коммутирующим дросселем 9 и конденсато0 ром 10, шунтирующим выходные выводы 11, в диагонали переменного тока, подключенный к выпрямителю через дроссель фильтра 12, последовательную цепь из датчика 13 тока встречного диода, блока 14 сравнения,

5 блока 15 управления транзисторами и источника 16 задания напряжения уставки, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения. Выпрямитель выполнен на шести диодах 17-22 с транзисторами,

0 включенными в катодную и анодную группы выпрямителя, Катод диода одной стойки моста выпрямителя подключен к дросселю фильтра и к катодной группе двух других плеч через первый транзистор, а анод вто5 рого диода стойки к катодной группе моста инвертора и через второй транзистор к анодной группе плеч моста выпрямителя.

Преобразователь частоты работает следующим образом.

0В номинальном режиме (номинальная

нагрузка) транзисторы 23, 24 постоянно открыты и на выходе выпрямителя напряжение имеет максимальную величину. Индуктивность дросселя фильтра 12 выби5 рается достаточно большой, обеспечивающей качественное сглаживание пульсаций входного тока инвертора. Импу/и,;ы управления на тиристоры диагоналей моста инвертора 1, 4 и 2, 3 поступают поочередно с частотой, равной выходной частоте преобразователя. На периоде выходной частоты можно выделить шесть межкоммутационных интервалов, соответствующих различным сочетаниям включенного и выключенного состояния тиристоров 1-4 и диодов 5-8, причем процессы на каждом полупериоде выходной частоты повторяются.

При отпирании тиристоров 1, 4 (первый интервал) начинается колебательный перезаряд конденсатора 10 по цепям;10-3-1-910и 10-4-2-9-10. Ток тиристоров 1, 4 нарастает, а ток тиристоров 2, 3 уменьшается. Диоды 5-8 на этом интервале заперты. В момент равенства нулю тока тиристоров 2, 3 они выключаются. При этом полярность напряжения на конденсаторе 10 на первом интервале не изменяется и происходит включение диодов 6, 7 (второй интервал).

Конденсатор 10 на втором интервале колебательно перезаряжается по цепям: 10-7-1-9-10 и 10-4-6-9-10 и цепи 10-4- (17-24)-12-1-9 10 до момента выключения диодов 6, 7. В интервале проводимости диодов 6, 7 к тиристорам 2, 3 прикладывается небольшое отрицательное напряжение, равное падению напряжения на диодах 6,7, и они восстанавливают свои управляющие свойства.

С момента выключения диодов 6, 7 (третий интервал) конденсатор 10 продолжает перезаряжаться от выпрямителя по цепи: 10-4-(17-24)-12-1-9-10 до момента включения тиристоров 2, 3.

С момента включения тиристоров 2, 3 процессы в инверторе повторяются.

Разряд конденсатора 10 через нагрузку

11происходит во всех интервалах работы преобразователя. При этом ток, протекающий через нагрузку 11, является переменным и имеет частоту, равную частоте управления тиристорами инвертора 1-4.

При возрастании сопротивления нагрузки 11 происходит увеличение амплитуды токов тиристоров 1-4 и диодов 5-8 по сравнению с номинальным режимом работы при общем снижении входного тока инвертора (тока дросселя фильтра 12). Возрастание токов обусловлено процессами перезаряда коммутирующего конденсатора 10 через диоды 5-8 на интервалах их проводимости и ростом добротности контура коммутации. Ток диодов измеряется датчиком тока 13 и сравнивается с напряжением задания уставки на выходе источника 16 задания в блоке 14 сравнения. Сигнал рассогласования блока 14 сравнения воздействует на блок 15 управления транзисторами. По сигналу рассогласования блока 14 изменяется интервал открытого состояния транзисторов 23, 24. При этом на выбранном периоде повторения имеют место интервалы работы, когда выпрямитель отключен от инвертора. Таким образом, регулируется уровень среднего напряжения на

входе инвертора, а в интервалах закрытого состояния транзисторов 23, 24 расходуется энергия, накопленная в электромагнитном поле дросселя фильтра 12 (перезаряд конде- сатора 10 на третьем интервале работы инвертора происходит по цепям: 10-4-22-21- 12-1-9-10 или 10-9-2-22-12-3-10). При этом за счет регулирования уровня напряжения на входе происходит разгрузка инвертора и снижаются токи тиристоров 1-4 и

диодов 5-8.

Блок 15 управления транзисторами может быть выполнен по любой из известных схем.

Предлагаемый преобразователь частоты имеет меньшую установленную мощность элементов. За счет исключения последовательного коммутирующего конденсатора снижается загрузка тиристоров и диодов по току и напряжению более чем в 2

раза и установленная мощность конденсаторного оборудования в 2-3 раза. Контроль тока встречных диодов и снижение уровня напряжения на входе инвертора при изменении нагрузки позволяет дополнительно

снизить установленную мощность тиристоров и диодов на 35-40%, дроссельного и конденсаторного оборудования в 1,9-2,0 раза.

За счет обеспечения возможности глубокого регулирования напряжения на входе инвертора и снижения уровня напряжений на элементах предлагаемый преобразователь частоты имеет более высокий КПД, рас- ширенный диапазон регулирования

выходных электрических параметров и меньшую стоимость реализации.

Формула изобретения Преобразователь частоты, содержащий

трехфазный выпрямитель и однофазный инвертор на тиристорах, подключенный к выходу выпрямителя через дроссель фильтра, с коммутирующим конденсатором в диагонали переменного тока, подключенным параллельно выходным выводам, отличающийся тем, что, с целью снижения установленной мощности элементов, он снабжен двумя транзисторами, встречными диодами, шунтирующими тиристоры инвертора, и последовательной цепью из датчика тока встречного диода, блока сравнения и блока управления транзисторами, а также источником задания напряжения уставки, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, причем выпрямитель выполней на диодах, катоддиода одной стойки моста выпрямителя подключен к дросселю фильтра и к катодной группе двух других плеч через первый транзистор, а анод второго диода стойки- к катодной группе моста

инвертора и через второй транзистор - к анодной группе плеч моста выпрямителя, последовательно с коммутирующим конденсатором включен введенный коммутирующий дроссель.

Использование: в преобразовательной технике в качестве источника питания для электротехнологических установок повышенной частоты Сущность изобретения преобразователь содержит выпрямитель на диодах (17-22) и инвертор на четырех тиристорах (1-4), зашунтированных встречными диодами (ДИ) (5-8), с коммутирующим дросселем (9) и конденсатором (10). Последовательная цепь состоит из датчика тока (13), блока сравнения (14) и блока управления (15) транзисторами (23, 24). Источник напряжения уставки (16) выходом соединен с входом задания блока сравнения (14). Регулирование интервала открытого состояния транзисторов можно использовать для изменения выходных электрических параметров 1 ил :сл С iWt. J hO Ю